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Maxim EE-Sim® OASIS 入门,第 2 部分:原理图捕获和 PCB 布局

callum.snowden
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PCB layout board in DesignSpark PCB

设计一个开关式电源单元的 PCB 布局并为 PCB 制造做好准备。 

原理图 

从我们 1 部分最后的地方开始,我们现在有一个合适设计和仿真的开关式电源,它可以输入 9-30V,输出 5.1V 和最高 2.5A 的电流。下一步是在 Designspark PCB 中捕获原理图,然后产生可用于制造的 PCB 布局。 

我们最初开始设计时使用的在线 Maxim EE-Sim 直流-直流转换器工具不仅生成了可以下载的原理图,还生成了包含适当组件选择的物料清单。这为我们提供了一个方便的起点。 

您会注意到,现在设计已稍作更改,使用了不同的开关控制器 MAX17576  (200-3854) 这是因为该部件可以更广泛地购得,并且提供稍高的 4A 输出电流,在修改设计时可以利用。 

组件选择 

下载物料清单后,我们发现了许多 0402 尺寸的组件,这些组件在手工焊接时有些麻烦。我们决定换掉它们,改用更大的 0603 尺寸组件,因为计划的电路板尺寸足够容纳所有组件。已经是 0603 或更大尺寸的任何部件将被保留。 

原理图捕获 

既然我们已经有了一个可以作为设计基础的原理图,那么原理图捕获就是一个相当轻松的过程,其中包括重新绘制原理图、更改某些组件值以及添加一些其他部件。 

我们在 Designspark PCB 中创建了一个新项目,然后在该项目中创建了一个空白原理图。这将打开一个完全空白的画布,让我们可以添加组件和连接。 

DesignSpark PCB User Interface

我们首先添加电源的输入电容。自动生成的原理图使用一个额定值为 2.2uF 50V 的陶瓷电容器。现在换成额定值为 10uF 50V 的更大电容器,(根据经验,陶瓷电容器的工作电压应降低约 50%,这为我们的输入电压留出了足够的裕量)。我们选择了三星 CL32B106KBJNNNF  (766-1217)  作为合适的替代品。 

MAX17576 的数据表明确指出,PGND  SGND 之间存在区别,后者只用于补偿网络和反馈组件;需要为 PGND  SGND 创建原理图符号。右键单击已放置的“GND”组件,然后依次选择“Components and Symbols”(组件和符号)和“Edit Component in Library”(在库中编辑组件),即可轻松完成此操作。此时将会打开组件的编辑窗口,并且可能会向您发出有关 RS 部件号缺失或无效的警告,您可以放心地忽略该警告。然后可以编辑该组件,我们更改了端子名称和网络类,然后用其他名称保存回库中。 

Components Editing Screenshot

由于这不是我们正在使用的 MAX17576 的已包含组件,因此必须从在线 PCB 部件库下载,然后可以导入到 Designspark PCB 中。这是一个轻松的过程,因为在线库中提供了已经创建的原理图符号和 PCB 封装。部件库的提供者 Samacsys 还制作了免费的部件库加载器实用程序这使得搜索和加载部件的过程变得快速而且简化。 

下载并安装后,首次启动时部件库加载器会提供有关如何配置该实用程序的详细说明。这是一个简单的过程,只需登录、设置适当的 PCB 设计工具并指定用于存储组件的部件库即可。 

Library Loader

从此时起,在 RS PCB 部件库上单击“Download(下载)”后,该组件将被自动导入到 Designspark PCB 中,并在光标上变为选中状态。 

我们在所设计的原理图中添加了一些其他部件,主要是一个输入调节电路和用于状态监控的两个 LED 

Inputing a component

这时,我们在项目中创建一个新的 PCB。此时出现“New PCB Wizard”(新建 PCB 向导),指导您完成创建空白 PCB 的过程。我们选择了“Double Sided (Metric)”(双面(公制))技术文件,因为该设计不太复杂,并且很容易在双面 PCB 上实现。 

Specify the component technology in DesignSpark PCB

下一个窗口要求您指定设计中应包括的图层。由于我们已经选择了一个合适的技术文件来使用,因此保留选中默认选项“Use Layers from Chosen Technology File”(使用来自选定技术文件的图层)。之后,下一个窗口会让您指定 PCB 尺寸。选择适合尺寸以装到 Raspberry Pi 的顶部,其尺寸可以在 Github 上找到。 

完成此操作并为电路板指定适当名称后,我们将看到一个空白 PCB。从这里开始,将组件放置在 PCB 上的大致正确位置,但尚不连接。了解您的 IC 制造商是否提供有参考设计会特别有帮助——在本例中,Maxim 已经制作了 MAX17576EVKITB 

把组件放置到大致合适的位置后,我们开始布线。 

Initial board layout in DSPCB

这是根据 SMPS 的参考设计完成的,该参考设计让 SGND  PGND 分离,以使噪音远离控制器上的敏感模拟输入。为实现该目的,首先为 SGND 绘制覆铜区,然后围绕它创建一个窄的禁止覆铜区,然后在顶层完成 PGND 覆铜区绘制。 

PCB Plane Screenshot

我发现某些走线类需要更改宽度。例如,被分类为信号的网络的宽度为 0.5mm,太宽而无法连接到 MAX17576 的焊盘。可进入 Settings(设置) > Design Technology(设计技术) > Track Styles(走线样式)完成该更改,如下面的窗口中所示。“Signal Nom”(信号线标准值)和“Signal Min.”(信号线最小值)宽度减小到 0.25 mm 0.13 mm 

Changing the track width in DesignSpark PCB

布局完成后,对其进行检查以确保一切正常,应连接的所有元件确实已连接。然后,我们继续为制造文件输出进行设置,这些文件通常是 Gerber 文件。该步骤通过查看我们选择的 PCB 制造商的输入格式和设置指南来完成。在本例中,如果将输出单位设置为英制,Eurocircuits 要求 6 位数的输出精度。 

这可以通过以下方法完成: Output(输出) > Manufacturing Plots(制造图)(或按 Shift + P),选择要编辑的图层,进入“Device Settings(设备设置)”,然后编辑必填字段。您的 PCB 制造商可能会建议其他需要更改的设置,这些设置也可以在此窗口中编辑。 

Viewing Manufacturing Plots in DSPCB

输入所有正确的设置后,即可将设计导出为包含制造数据的 Gerber 文件。可以通过使用 PCB 制造商提供的工具或其他工具(例如 https://gerber-viewer.ucamco.com/我的首选 Gerber 查看器)来验证这一点,以确保设计看起来正确。检查设计后,就可以将其发送给您的 PCB 制造商来进行生产了。

结论 

在本系列文章的 3 部分,我们将组装和测试 Raspberry Pi 电源单元来了解其是否满足仿真输出的要求,并确保它能够可靠地为 Raspberry Pi供电。 

Engineer of mechanical and electronic things by day, and a designer of rather amusing, rather terrible electric "vehicles" by night.

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